MAC 算法

MAC 算法，可以理解为是一种带密钥的 Hash 算法

Hash 算法的缺点

考虑以下场景：

• 我们需要发送一段消息，先通过 Hash 算法计算出 Hash 值（也叫摘要值），然后一起发送给接收方；
• 接收方收到消息后，对消息进行计算，也得到一个哈希值，然后两个摘要值比较，如果一样，则说明数据是对的。

乍一看，好像上述的示例是没什么问题的，但是一旦遇到“中间人攻击”：

直接将你消息和摘要都改了，你是无法知道数据在传输过程被篡改了。

一句话：Hash 算法只可以验证数据的完整性，在传输过程中数据没有被别人篡改过部分内容，或者因网络问题丢失部分数据；但是无法保证传输过程中，整体的数据有没有篡改。

MAC 算法

MAC 算法，全称 Message Authentication Codes，也是一种消息摘要算法，也叫消息认证码算法。这种算法的核心是基于秘钥的散列函数。可以简单这样理解，MAC 算法是 MD5 算法和 SHA 算法的升级版，是在这两种算法的基础上，又加入了秘钥的概念，所以会更加安全。

密钥就好比是我们之前讲的盐，然后通过哈希算法，对密钥 + 消息 计算出摘要值

严格来说，MAC 有很多实现方式，比较常见的是基于哈希算法的 MAC。

使用 MAC 算法后，数据校验的过程：

发送方根据消息和密钥，生成 MAC 值；然后发送消息和 MAC 值。

接收方收到消息和 MAC 值，也根据消息和密钥算出 MAC 值，然后比较。

如果中间有人修改消息，那么计算出来的 MAC 值是不同的，因此保护了消息的完整性和真实性（没有被人篡改过）

MAC 密钥通常是共享的秘密密钥，只有消息的发送方和接收方知道。保护 MAC key 的安全性非常重要，一旦泄露，攻击者可以使用它来伪造或篡改消息，从而破坏消息的完整性和可信性。

至于 MAC 密钥怎么传输，我们暂且不表，先知道 MAC 算法是什么。

MAC 算法的种类

MAC 算法是含有密钥的散列算法的总称，就好比哈希算法分为 MD 系列和 SHA 系列等。MAC 算法也是依赖具体某个哈希算法的，并在其基础上添加了密钥支持，因此也被称为 HMAC 算法，可以划分为：

• MD 分支：Hmac-MD2、Hmac-MD4、Hmac-MD5。
• SHA 分支：Hmac-SHA1、Hmac-SHA256、Hmac-SHA512、Hmac-SHA224 等

MAC 算法应用于很多场景，如 Linux 客户端的 SecureCRT，Google 身份验证器、银联 pos 机终端等，都可以看到 MAC 算法的影子，现在已经成为事实上的 Internet 安全标准。

HMAC 算法

Hmac，全称 Hash-based Message Authentication Code，是一种更安全的消息摘要算法。

HmacMD5 可以看作带有一个安全的 key（盐）的 MD5。使用 HmacMD5 而不是用 MD5 加 salt，有如下好处：

• HmacMD5 使用的 key 长度是 64 字节，更安全；
• Hmac 是标准算法，同样适用于 SHA-1 等其他哈希算法；
• Hmac 输出和原有的哈希算法长度一致。

可见，Hmac 本质上就是把 key 混入摘要的算法。验证此哈希时，除了原始的输入数据，还要提供 key。

为了保证安全，我们不会自己指定 key，而是通过 Java 标准库的 KeyGenerator 生成一个安全的随机的 key。下面是使用 HmacMD5 的代码：

package chapter12Hash;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import java.math.BigInteger;

public class Hash5HMAC {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        KeyGenerator keygen = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5");
        SecretKey key = keygen.generateKey();   //随机生成一个key
        Mac mac = Mac.getInstance("HmacMD5");
        mac.init(key);
        mac.update("HelloWorld".getBytes("UTF-8"));
        byte[] result = mac.doFinal();
        System.out.println(new BigInteger(1, result).toString(16));
    }
}

和 MD5 相比，使用 HmacMD5 的步骤是：

1. 通过名称 HmacMD5 获取 KeyGenerator 实例；
2. 通过 KeyGenerator 创建一个 SecretKey 实例；
3. 通过名称 HmacMD5 获取 Mac 实例；
4. 用 SecretKey 初始化 Mac 实例；
5. 对 Mac 实例反复调用 update(byte[]) 输入数据；
6. 调用 Mac 实例的 doFinal() 获取最终的哈希值。

我们可以用 Hmac 算法取代原有的自定义的加盐算法，然后就可以用来存储密码了，此时表结构类似：

username	secret_key (64 bytes)	password
bob	a8c06e05f92e...5e16	7e0387872a57c85ef6dddbaa12f376de
alice	e6a343693985...f4be	c1f929ac2552642b302e739bc0cdbaac
tim	f27a973dfdc0...6003	af57651c3a8a73303515804d4af43790

恢复 SecretKey

除了从 KeyGenerator 生成 SecretKey 之外，我们还可以从一个 byte[] 数组恢复 SecretKey：

package chapter12Hash;


import java.util.Arrays;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
public class HashDemo6SecretKeySpec  {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        byte[] hkey = new byte[] { 106, 70, -110, 125, 39, -20, 52, 56, 85, 9, -19, -72, 52, -53, 52, -45, -6, 119, -63,
                30, 20, -83, -28, 77, 98, 109, -32, -76, 121, -106, 0, -74, -107, -114, -45, 104, -104, -8, 2, 121, 6,
                97, -18, -13, -63, -30, -125, -103, -80, -46, 113, -14, 68, 32, -46, 101, -116, -104, -81, -108, 122,
                89, -106, -109 };

        SecretKey key = new SecretKeySpec(hkey, "HmacMD5");
        Mac mac = Mac.getInstance("HmacMD5");
        mac.init(key);
        mac.update("HelloWorld".getBytes("UTF-8"));
        byte[] result = mac.doFinal();
        System.out.println(Arrays.toString(result));
        //[126, 59, 37, 63, 73, 90, 111, -96, -77, 15, 82, -74, 122, -55, -67, 54]
    }
}

恢复 SecretKey 的语句就是 new SecretKeySpec(hkey, "HmacMD5")。